測定器の性能及び校正
Mar. 3, 2016
ローデ・シュワルツ・ジャパン株式会社
持⽥ 周⼀
測定器の性能及び校正
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なぜ校正するの？
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計量標準について
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なぜ校正した測定器を使うの？
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Spectrum Analyzerのメーカ性能試験、性能維持
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メーカ校正のメリット
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較正と校正の違い
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電波法における較正について
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校正について
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測定の不確かさの概要
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不確かさの解析・評価の手順
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例１．Spectrum Analyzerの不確かさ
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例２．Power Meterによる測定の不確かさ
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まとめ
なぜ校正（較正）するの?
その結果…
測定器の校正を行わないと…
① 顧客と供給者との商取引で、顧客が要求する品質の製品が供給 できない ② 商品に規格や規制に適合していることの証明ができない ③ 公に測定結果を公表する場合など、信頼性かないため結果を疑 われてしまう ④ 商品の品質を一定レベルで管理できない ⑤ 製品の性能を維持できない世界共通の尺度（SI単位にトレーサブル）を持つ標準で校正さ
れた測定器を用い、検査および品質管理を行うことが不可欠に
なっている
① 品質の良い商品は製造できなく、製造の歩留りも悪い ② 顧客に損失を与え社会的信頼を失うリスクがある計量標準
世界共通の尺度
-メートル条約により国際単位系（SI）を確立し、 計量標準における単位の統一が図られる 電気分野の事実上の標準は，SIで定義される電流のアンペアAでなく、基礎物理定数に基礎を置く量子 標準から導かれるジョセフソン効果による電圧のボルトV、量子ホール抵抗によるオームΩによって ⻑さ(m) 電流(A) 物質量(mol) 光度(cd) 質量(kg) 時間(s) 熱⼒学温度(K)なぜ校正（較正）した測定器を使うの？
① 経年変化で測定器の特性は変化します ② 使用状況により特性は変化します！！測定器の性能・特性は変化します！！
内部基準周波数確度 絶対レベル確度 周波数応答確度 使用環境 ・・・ 室内 / 屋外 による温湿度の変化 使用頻度 ・・・ RFコネクタの磨耗による勘合状態の変化 機器の扱い・・・ RFコネクタの締め方や持ち運び上 の取り扱い測定器の性能維持には、調整が可能なメーカ校正が必須！
メーカ推奨校正周期による校正で安全・安心な品質管理！
スペクトラ ム・アナライ ザでは…Spectrum Analyzer のメーカ性能試験
① Reference frequency uncertainty
② Immunity to interference
③ Resolution bandwidths
④ Bandwidth switching level uncertainty
⑤ Spurious response
⑥ Displayed average noise level
⑦ Absolute level uncertainty and frequency response
⑧ Display nonlinearity
⑨ Attenuator switching uncertainty
⑩ Phase Noise
11 VSWR at RF input
例）R社 / Model : FSV
校正項目 仕様値を外れた場合は、 調整または修理 性能回復 再試験Spectrum Analyzer の性能維持
メーカ推奨校正周期
： メーカでは、経年変化により特性が変化し性能規格値から外れてしまう恐 れのある項目については、性能維持の観点から一定周期による調整が必要 なため、推奨校正周期を設定しています Spectrum Analyzer ……….. 12 months Signal Generator ……….. 36 months Power Sensor ……….. 24 monthsメーカ校正のメリット
– Ｒ社の場合
-① 製品の性能試験による校正で、機器をトータル・チェック ② メーカならではの調整（補正）が可能
③ 校正値にISO/IEC 17025に準じた不確かさ付き
④ 不確かさガードバンド（Uncertainty guard band）評価付き
安定した測定品質の維持が可能
性能不良によるリスク低減
Uncertainty guard band
校正と較正の違い
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法令上の行為として行われる校正は計量法に基づくものであり、較正は電波法 に基づくものである。較正とは
電波法が制定された当時は、測定器も単純なつくりであり 「ズレがわかったら、ついでに調整しておこう」の考えの 基に調整が行われたのではないか？較正には調整が含まれる
校正とは
時代の変化とともに、測定器は複雑化し、測定器の中を開いて しまうと製造メーカの保証が外れてしまうということもあり、 精密な測定器の調整は行われることが少なくなっていった 計量法は比較的新しい法律であり、調整は行わないとした校正には調整を含まない
実際の行為は、
較正
=
校正
電波法における較正
測定器の較正等に関する条件は、電波法の
別表第二
に掲げる測定器
その他の設備であって、次のいずれかに掲げる較正等を受けたもの
を使用して無線設備の点検を行うものであることとしている
イ) 通信総合研究所(NiCT)または 指定較正機関が行う較正 ロ) 計量法の規定に基づく校正（JCSS校正） ハ) 外国において行う較正であって 通信総合研究所または指定較正機関 が行う較正に相当するもの 二) イ～ハまでのいずれかに掲げる較正等 を受けたものを用いて行う較正等測定器の較正に関わる規定
（電波法第24条の二 第4項 第二号）
電波法名称 1 周波数計 2 スペクトル分析器 3 電界強度測定器 4 ⾼周波電⼒計 5 電圧電流計 6 標準信号発⽣器 別表第二電波法における較正のトレーサビリティ
SI基本単位
産業技術総合研究所 （NMIJ) ⾼周波電⼒・減衰量ほか 周波数 NiCT 指定較正機関TELEC / Keysight / Intertek
総務省 総合通信局 登録検査等事業者 登録証明機関 無線機、⾼周波測定機器 無線⽤標準設備 計量法 JCSS 登録時業者 計量標準研究所 NIST / PTB / NPL 外国で⾏う較正 NiCTまたは指定較正 機関が⾏う較正に相 当するもの (イ) (ロ) (ハ)
ISO/IEC 17025に基づく校正
計器又は測定系の示す値、若しくは実量器又は標準物質
の表す値と、標準によって実現される値との間の関係を
確定する一連の作業
備考 :
校正には、計器を調整して誤差を修正すること
は含まない。
校正
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校正（calibration）とは
JIS Z 8103:2000 のJIS計測用語より計測のトレーサビリティ
不確かさがすべて表記された
切れ目のない比較の連鎖
によって，
決められた基準に結びつけられ得る
測定結果
又は標準の値の性質。
基準は通常，国家標準又は国際標準である。
JIS Z 8103:2000 のJIS計測用語より 国家標準の校正値 DUT測定値 のバラツキl
トレーサビリティとは
測定値 の中心がどこなのか？ 校正（関連付け）計量標準における校正のトレーサビリティ
SI基本単位
産業技術総合研究所 (NMIJ) 産業界における計測機器 JCSS登録事業者 計量標準研究所 NIST / PTB / NPL 認定校正機関 DAkkS / A2LA / NVLAP / UKAS / NATA / 国家計量 標準研究所 CIPM-MRA ISO17025 認定校正機関 ILAC/APLAC -MRA 計量法 校正証明書 校正証明書 校正値 不確かさ 校正値 不確かさ 国際標準・国家標準との同等性が証明される「測定の不確かさ」とは
不確かさは、電気、物理、機械、化学などあらゆる計測の分野で 定量的に評価・表現できるパラメータとして用いられている不確かさを数量化する2つ数
・
区間 ：ばらつきの幅（大きさ）・
信頼水準 ：真の値がこの区間に入っている確率（％で表現）不確かさとは、測定結果に付随した、合理的に
測定量に結びつけられ得る値の
ばらつき
を特徴
づけるパラメータ
国際計量基本用語集よりなぜ「不確かさ」を用いるの？
総合精度
精密さ
真度
繰返し性
再現性
かたより
従来の精度・誤差
ばらつき
不確かさ表現
従来の「系統誤差」および「偶然誤 差」は「真値」分かることを前提 不確かさの表現では、「誤差(error)は 真値がわからないのと同じようにわか らない」 偶然誤差 系統誤差 標準偏差の 形で表す 真値が存在する 確率密度分布 68.3% 95.5%計測における不確かさ要因
測定量の定義が不完全・あいまいである場合
測定システムにおける構成が不完全であることを認識していない場合
測定に対する環境条件の影響について正しくわからない、または未知のもの である場合
計量標準が不正確な値による場合
外部から得られる測定器の規格値やデータ補正の定数、およびパラメータの 不正確な値によるもの
測定方法や使用機器に対する理解が不十分である場合
同一条件で測定しているつもりが、同一条件ではなく、測定ごとに変動して いることを気づかない場合
アナログ計測器の測定値の読み取りに対し測定者によるかたよりやばらつき
測定者の経験・知識など能力によるもの不確かさ解析・評価の流れ
測定⽅法の選定 （原理の確認）y=f(x
i)
補正？ 不確かさ 要因の推定 [ui] 準備 Step1 測定モデル Step2 データ取得 Step3 要因ごとの 推定 不確かさの合成 [uc] Step4 合成 （モデル化） YES NO YES 計算 NO 経験 実験 Type A Type Bu
i 拡張不確かさ [U] 不確かさの表現 y ± U uc= ∑ui2 U = k ・uc Step5 総合評価 Step6 最終表現 数値の丸め k=2 要因の列挙準備
測定の計画および留意点
-測定方法、測定条件、与えられる標準の不確かさなど考慮し
測定の計画を立案
① どれくらいの不確かさが必要なのか
② 測定にかけられる
コスト
時間・必要な測定器など
③ 測定条件を変化させた測定結果は必要なのか
④ 最終結果に
与える影響が大きい要因
をピックアップ
⑤ 系統効果による「かたより」の扱い
補正
する or
不確かさ
に組み込む
⑥ 参照標準器の
校正周期
および
経年変化
による影響
⑦ 参照標準器のリスク管理のための
中間チェック
測定モデル ～ 要因ごとの推定
① 測定のモデル化
測定のおける不確かさの要因をあげ、不確かさをモデル化 測定量 Y の測定結果（推定値）を y とすると、y は他の N 個の入力量 XN の推定値 x1, x2, x3, .... xN から次の関数関係 f により決定されるy = f (x
1, x
2, x
3, ...x
N)
② 標準不確かさの要因と大きさの見積り
Type A の評価： 測定データから標準偏差によるばらつきを求める ← 統計を用いた不確かさの推定 Type B の評価： Aタイプ以外の情報から標準偏差に相当するばらつき を求める ← 他の全ての情報から不確かさの推定 （校正証明書、製造者仕様）① 合成標準不確かさの算出
入力量に相関がないなど多くの場合は、測定値 y の合成標準不確かさ uc(y) は次式で表す すなわち、合成標準不確かさは Type A と Type B の標準不確かさを ２乗和の平方根で表す合成 ～ 総合評価
② 拡張不確かさの決定
拡張不確かさ U は、合成標準不確かさ uc(y) に包含係数 k を掛けて求める 包含係数 k=2 を採用する場合 ・有効自由度νeff が10以上であって、GUM付属書G.6.6の条件を満たしている ・Type A 評価の繰り返し観測数が10 以上のとき 包含係数を有効自由度から求める場合 ・算出した有効自由度からTINVの関数用いる
n i i c y u y u 1 2 ) ( ) ()
( y
u
ck
U
例１：
Spectrum Analyzer の不確かさ
スペクトラム・アナライザ 被校正器： 信号発生器 120MHz 0dBm ① スペクトラム・アナライザの固有の測定不確かさ ② 被校正器に起因するエラー 例．RFインタフェースのインピーダンス・ミスマッチ ③ 信号対雑音比に起因するエラー ④ 測定アクセサリ（ケーブル、アダプタ）に起因するエラー電力を測定する時の不確かさは、
① 固有の測定不確かさ
ブロック図 Absolute error Frequency response of the RF input Error of the input attenuator switching Error of the IF gain setting Error of the display linearity Error of bandwidth switching Error of Resolution Bandwidth レベル・エラーの不確かさ要因② 被校正器に起因するエラー
図の測定面は完全に整合しておらず、測定面においてインピーダンス・ミ スマッチから生じる不整合不確かさがある 120MHz 0dBm 測定面Γ
GΓ
L スペクトラム・アナライザ 被校正器： 信号発生器 入射波 反射波 不確かさの範囲： 2 L G1
Γ
Γ
M
L G2
1
Γ
Γ
M
1 L G Γ Γ不確かさバジェット・シート
このバジェットの利用条件： トレーサビリティの確立 メーカの仕様値の満足 → 推奨校正周期にてメーカ 校正が実施されている スペクトラム・アナライザ 固有の拡張不確かさ トータルの拡張不確かさ周期的に機器の
性能確認が重要！
不整合不確かさ（1σ）参考：
Spectrum Analyzer の不確かさ算出
アプリケーション・ノート
Download 先：
http://www.rohde-schwarz.com/en/applications/level-uncertainty-calculation-for-r-s-fsv-signal-and-spectrum-analyzer-application-note 56280-15478.html
